تبسيط صناعة الإرسال والإستقبال اللاسلكى
أحمد الله سبحانه وتعالى على نجاح هذا الموضوع وانتشاره على نطاق واسع على الشبكة فى المنتديات والمواقع المختلفة والإقبال المتزايد عليه ، فأول ما كتبته كان على إحدى المنتديات منذ فترة ثم لاقى نجاحا بفضل الله سبحانه وتعالى وتناقلته معظم المنتديات وبعضهم ذكر المصدر والبعض لا ، وهنا أضعه بين يدى إخوانى القراء الذى أكن لهم كل حب وتقدير
عسى الله ينفعنا ويرفع شأننا بين الأمم
نبذة عن إرسال واستقبال الصوت والكلام وكيف يتم حمل الموجة الصوتية من أول المايكروفون لاسلكيا إلى جهاز استقبال فى مكان بعيد وطريقة انتقال الموجات عبر الأثير ، و كيف يتم تصميم دوائر الإرسال و الإستقبال وطريقة زيادة المدى !
فكرة الموجات وانتشارها :
انظر إلى مساحة من سطح كبير من الماء الساكن ثم قم بإلقاء حجر صغير على هذا السطح فستجد حلقات دائرية تزداد إتساع لكن سرعان ما تضمحل هذه الحلقات والمعروفة بإسم ( موجات ) ، ولكن إذا كررنا هذه التجربة باستخدام حجر أكثر وزنا وأكبر حجما سنجد أن هذه الحلقات والموجات تكون أكبر من حيث التعرج ( الإرتفاع والهبوط ) وفى شكل دائرى منتظم يزداد اتساعا أكبر من الذى نشأ من الحجر الصغير فى المرة الأولى ، كل ما يهمنا هنا هو أن الموجات كلما ازدات قوة كلما ازداد انتشارها ، و هذا تماما ما سنقوم بتجربته فى أول محاولة لتجربة ارسال موجات كهربائية ، الفكرة متقاربة نوعا ما ، يمكننا القيام بالتجربة التالية :-
قم بإحضار كارت موسيقى الكترونى مثل الذى يأتى مع كروت الهداية وعيد الميلاد
انظر إلى مساحة من سطح كبير من الماء الساكن ثم قم بإلقاء حجر صغير على هذا السطح فستجد حلقات دائرية تزداد إتساع لكن سرعان ما تضمحل هذه الحلقات والمعروفة بإسم ( موجات ) ، ولكن إذا كررنا هذه التجربة باستخدام حجر أكثر وزنا وأكبر حجما سنجد أن هذه الحلقات والموجات تكون أكبر من حيث التعرج ( الإرتفاع والهبوط ) وفى شكل دائرى منتظم يزداد اتساعا أكبر من الذى نشأ من الحجر الصغير فى المرة الأولى ، كل ما يهمنا هنا هو أن الموجات كلما ازدات قوة كلما ازداد انتشارها ، و هذا تماما ما سنقوم بتجربته فى أول محاولة لتجربة ارسال موجات كهربائية ، الفكرة متقاربة نوعا ما ، يمكننا القيام بالتجربة التالية :-
قم بإحضار كارت موسيقى الكترونى مثل الذى يأتى مع كروت الهداية وعيد الميلاد
ثم افصل السماعة تماما ثم قم بتشغيل هذا الكارت الموسيقى بدون سماعة ولكن بالقرب من جهاز راديو يعمل على نطاق الموجة المتوسطة MW وعلى نظام تعديل الإتساع AM و قم بتحريك التوليف إلى مكان ليس به محطة اذاعية ، ستسمع صوت الألحان فى الراديو بوضوح وصوت عالى ولكن بمجرد ابتعاد الكارت عن الراديو مسافة 15 سم تقريبا سيكون الصوت قد انخفض تدريجيا وتلاشى ، وذلك لأن نوع الموجة الصادرة من الكارت هى موجة صوتية ترددها يقع بين 15 هيرتز و 20 كيلو هيرتز وقوتها لا تتعدى تقريبا أقل من 0,1 وات
رأينا فى التجربة السابقة اختفاء الصوت عند ابتعاد الكارت عن الراديو تدريجيا على بعد 15 سم تقريبا ، والآن نركز أنه بمجرد انخفاض مستوى الصوت وقبل اختفاءه تماما نتوقف عن الإبتعاد أكثر من ذلك !
هنا لم يكن قد اختفى الصوت تماما لكن هو بين الظهور والإختفاء ، أى أننا نسمع بعض النغمات بصعوبة وغير واضحة ولم نتمكن من سماع باقى النغمات وكأن الصوت به تقطيع ! ، صحيح لكن ما الذى يحدث ؟
الذى نسمعه الآن بصعوبة هى النغمات الحادة أما النغمات الغليظة فيصعب التقاطها ،
( النغمات الحادة هى الدرجات العليا من السلم الموسيقى وترددها أعلى ما يكون للمدرج الواحد OCTAVE )
وعلى الرغم من أن هذه النغمات الحادة لن يزيد ترددها عن النطاق السمعى ( النطاق المسموع التى تستطيع أذن الإنسان سماعه يقع بين 15 هيرتز و 20000 هيرتز ) إلا أنها كانت أقوى فى الوصول للراديو على الرغم أن الفولت المغذى للكارت ثابت ومستوى ارتفاع الصوت ثابت لكن الموجة الأعلى ترددا هى التى استطاعت الوصول أبعد ، وإن كان الفارق 1 أو 4 سم لكن هنا من باب الإشارة إلى الفارق بين تردد الموجة وسرعة اضمحلالها ،
والآن سنضيف للتجربة شئ آخر لزيادة المدى ،
قم بعمل ملف كهربائى عن طريق سلك معزول قطر نصف ميللى على كارتون اسطوانية قطرها حوالى 3 سم يمكن عملها من ورق مقوى ، ويلف السلك عليها متجاورا 95 لفة
ثم قم بتوصيل طرفى السلك مكان سماعة الكارت الآن يمكنك الإبتعاد لمسافة قد تصل إلى متران تقريبا أى 200 سم ! ! ماذا حذث ؟!
بدلا من انتشار الموجة عن طريق طرف خرج أصبح الملف يعمل على توليد مجال بالموجات الصوتية الصادرة من الكارت كما ألقينا حجرا أثقل وزنا فى الماء فى التجربة الأولى ولكن أيضا لازال البعد صغير ، وهذا ونحن نستخدم الراديو غير البسيط بل نستخدم راديو يتصف بأنه سوبر هيترودين ( superheterodyne ) الذى يحتوى على مذبذب محلى ودوائر تكبير تردد متوسط وكل هذا سنتحدث عنه لاحقا إن شاء الله ، طبعا كلما قمنا بزيادة الطول لطرف خرج الإشارة المتصل بالملف للكارت كانت امكانية الإبتعاد عن الراديو أكثر لكنها تكون بضعة مترات مقابل 10 متر للسلك مثلا
بهذا نكون وصلنا لأساس فكرة بث الموجة الصوتية التى لم تبعد لأكثر من متران حتى الآن
لو أننا قمنا بعمل رفع مستوى الصوت من خلال مفتاح الفوليوم الموجود فى الراديو أثناء التقاط الإشارة الصوتية الضعيفة فإننا نسمعها أفضل قليلا ! لذلك فإن مراحل تكبير الإشارة فى الراديو ذات أهمية كبيرة ! فلا يمكن استخدام راديو بسيط ( راديو كريستال ) فى التجارب السابقة .
خرجنا الآن من التجارب السابقة بهذه النتائج وهى :-
1- كلما كانت الموجة الصادرة أعلى كلما كانت قادرة على الإبتعاد عن مصدرها قبل أن تضمحل وتتلاشى
2- كلما كانت الموجة ذات تردد أعلى فهى أقدر على الإنتشار .
ولنا مثال آخر عندما تقوم السمكة بضرب الماء بذيلها أسرع كان اندفاعها أقوى ومقاومة الماء لها أقل !
خرجنا من التجارب السابقة بنتيجتان وهما قاعدتان أساسيتان فى عملية الإرسال والإستقبال ، يتبقى الآن قاعدة ثالثة لم نذكرها من قواعد الإرسال والإستقبال وهى أهم قاعدة يعتمد عليها الإرسال والإستقبال بشكل رئيسى وهى التوافق ! !
التوافق
ماذا يعنى التوافق ؟
مما نقل عن الإمام الشافعى رحمه الله أنه ذكر أن ( كل كائن ينجذب لنظيره ) ولكن أخذته الدهشة عندما رأى طائران مختلفان من حيث الجنس والفصيلة ويطيران معا متعاونان ! فأخذ يتابعهما حتى اكتشف أنهما يتفقان فى مرض واحد أصابهما وهو ( مرض الكساح ) فكان هذا التوافق بينهما سببا لتعاونهما وانجذابهما ،
تجربة :-
آلة العود مثلا عبارة عن صندوق صوتى وأوتار ، فلو أننا قمنا بالنقر على وتر واحد نقرة واحدة فإن اهتزازها يصدر صوتا عبارة عن تردد الوتر حيث أن لكل وتر تردد مختلف عند النقر عليه ، والآن استمع جيد لصوت وتر محدد وانتظر حتى أن يسكت الصوت ،
قم بعمل نفس الصوت بأى وسيلة أخرى مثل صوتك أنت أو عن طريق إعادة تشغيل الصوت السابق لذاك الوتر من خلال الكاسيت ولكن بالقرب من فتحة الصندوق الصوتى ! تجد أن هذا الوتر فقط هو الذى يتحرك دون أن تلمسه بينما باقى الأوتار ساكنة فما تفسير ذلك ؟!
قم بعمل نفس الصوت بأى وسيلة أخرى مثل صوتك أنت أو عن طريق إعادة تشغيل الصوت السابق لذاك الوتر من خلال الكاسيت ولكن بالقرب من فتحة الصندوق الصوتى ! تجد أن هذا الوتر فقط هو الذى يتحرك دون أن تلمسه بينما باقى الأوتار ساكنة فما تفسير ذلك ؟!
الوتر يهتز بمقدار شده وحسب نوعه محدثا تردد مسموع ، فلو حدث نفس التردد من أى مصدر قريب نجد أن هذا الوتر يتحرك ويصدر نفس الصوت مرة أخرى .. .. .. ! ! تجربة عجيبة ! أليس كذلك ؟
ولكن ما المستفاد من هذا ؟
أنه إذا حدث تردد فى مكان فإن كل ما كان له علاقة بالتردد يتوافق مع التردد الموجود ، ومن هنا كانت فكرة مفتاح صوتى يعمل بنغمة محددة أو عن طريق الصفير .
هذا شئ مبسط عن التوافق ، فإذا تحقق شرط التوافق ضمن الشروط التى ذكرناها كان سبابا ممتازا لعمل ربط بين المرسل والمستقبل والآن ننتقل للجزء التالى من الموضوع .
كنا قد نفذنا تجربة الإرسال المبسطة بتردد يتراوح بين 15 و 20000 هيرتز ، والآن سنقوم هنا بتوليد موجة عالية التردد ولتكن 800 كيلو هرتز .. .. !
كيف نقوم بتوليد هذا التردد ؟
يوجد أنواع للمذبذبات بمكونات مختلفة منها ما يعرف بالدارة النطاطة أو اللا مستقرة
اضغط على الصورة للتكبير
وغير ذلك وبما أننا نحتاج لتردد عالى فيكفينا استخدام الملف لسهولة صنعة و قلة المكونات المستخدمة فى هذا المذبذب
سنعمل الآن هذا المذبذب كما يلى
اضغط على الصورة للتكبير
المكونات :R1 = 1M
R2 = 470 OHM
C1 = 1nF
C2 = 5 - 250pF
T1 = 2N2222
الملفان هما عبارة عن ملف واحد 90 لفة وينتصف بنقطة عند اللفة رقم 45 على قطر نصف بوصة وبداخله ساق فرايت مناسب والمكثف المتغير يمكن استخدام مكثف من أى جهاز راديو قديم ،
هذه الدارة هى الأساسية لمذبذب هارتلى لتوليد التردد العالى سنضيف عليها عدة إضافات ،
يمكن الآن تشغيلها وإحضار الراديو ثم تختار الموجة المتوسطة MW ونظام تعديل الإتساع AM واختار أى نقطة على التدريج بحيث تكون بعيدا عن أى محطة وطبعا ستسمع صوت شوشرة ومحطات بعيدة متداخلة
والآن قم بإبعاد دارة المذبذب عن الراديو عدة أمتار من 3 إلى 10 متر وقم بتحريك الساق الفرايت إلى الداخل أو الخارج أو قم بتغيير قيمة المكثف المتغير ستجد فجأة سكت صوت شوشرة الراديو ! ،
فهذا دليل على أن المذبذب أصدر تردد متوافق مع التدريج الذى يشير له مؤشر الراديو تماما وإذا قمت بإطفاء المذبذب فإن الشوشرة وتداخل المحطات تعود مرة ثانية حتى يعاد تشغيل المذبذب ليسكت صوت الراديو ،
ما حدث هذا بسبب أن هذه الموجة التى بثها هذا المذبذب استقبلها الراديو فأسكت باقى المحطات الضعيفة المتداخلة واستقبل هذه الموجة لأن تحريكنا لمؤشر الراديو عمل على توليف دارة الرنين للراديو التى تحدد أى تردد سيتم استقباله دون غيره وعندما حدث التوافق بين الراديو والمذبذب تم استقبال الموجة بوضوح ،
وطبع لن نسمع صوت لأن هذه الموجة ترددها قد يصل إلى 900 كيلو هيرتز كما يشير مؤشر الراديو أى موجة فوق النطاق السمعى للإنسان فلا تستطيع أن تسمعها الأذن البشرية ، ولكن يجب وضرورى وضع هوائى طوله 50 أو 75 سم على طرف المجمع للترانزستور ليسمح لنا هذا بالإبتعاد عن الراديو لمسافة تصل إلى 300 متر بالنسبة لهذا التصميم وهذه المكونات وقوة الموجة المتولدة .
======================================
رأينا هنا أنه تم بث الموجة لمسافة بعيدة للأسباب التالية :-
1- قوة الموجة
2- ترددها العالى
3- التوافق بين المرسل والمستقبل ( التوليف )
والآن يمكننا استغلال هذه الموجة التى استطعنا إرسالها يمكن لنا أن نحمل عليها الموجة الصوتية العادية منخفضة التردد ( التردد السمعى ) ولكن قبل ذلك نأخذ فكرة عن الراديو لنعرف كيف تم التوافق ( التوليف ) ليستقبل هذه الموجة من على بعد 300 متر
هذه هى فكرة الإستقبال الأساسية وما يسمى بالراديو البلورى
اضغط على أى صورة من الصور التالية للتكبير
هذه أبسط دائرة استقبال وهى تعمل عن طريق الإشارات المستقبلة مارة بالهوائى الذى يصل طوله إلى حوالى 10 إلى 15 متر و طرف أرضى جيد فيتولد تيار فى الملف وهو مثل المستخدم فى أجهزة الراديو العادية ثم يقوم الثنائى الكاشف بفصل الموجة الصوتية عن الموجة الحاملة ( سيأتى الكلام عن تركيب الموجة الصوتية على الموجة الحاملة )
ثم يتم التقاطه بالسماعة ذات الممانعة العالية 200 أوم أو أعلى لأننا لم نستخدم أى مصدر كهرباء بل نعتمد على الهوائى اعتمادا كليا فى تشغيل الراديو ، ونحن سنسمع المحطات متداخلة ولذلك يجب علينا وضع مكثف متغير على طرفى الملف بالتوازى مباشرة ليصبح المخطط مثل الصورة العلوية وعندئذ سيتم فصل المحطات عن بعضها ،
ثم يتم التقاطه بالسماعة ذات الممانعة العالية 200 أوم أو أعلى لأننا لم نستخدم أى مصدر كهرباء بل نعتمد على الهوائى اعتمادا كليا فى تشغيل الراديو ، ونحن سنسمع المحطات متداخلة ولذلك يجب علينا وضع مكثف متغير على طرفى الملف بالتوازى مباشرة ليصبح المخطط مثل الصورة العلوية وعندئذ سيتم فصل المحطات عن بعضها ،
والمكثف مع الملف يعمل كمذبذب توليف حتى إذا وافق التردد منه نفس التردد لدارة الإرسال فإنه يستقبل إشارته العالية التردد ولكن هذا الراديو له عيوب كثيرة غير أنه ضعيف ولا يستطيع استقبال إلا المحطات القوية فقط أو القريبة ولكنها من باب الفكرة التى بنى عليها الإستقبال اللاسلكى
قمنا بتوليد موجة عالية التردد عن طريق مذبذب يستخدم ملف ومكثف وهذه الموجة ستكون موجة حاملة للصوت أى ستعمل على حمل موجة الصوت
هذه بعض أشكال لنفس الموجة الجيبية على مختلف عدة ترددات ، وطبعا عرفنا التردد الصوتى والذى تستطيع الأذن البشرية أن تسمعه والذى يقع بين 15 هيرتز وحتى 20000 هيرتز وأما الترددات الأعلى فلا تستطيع أذن الإنسان أن تسمعها وأما الموجة الحاملة فيمكن إختيار أى تردد عالى نسبيا كى يستطيع حمل هذه الموجة بشرط أن يتوافق مع المستقبل من حيث التوليف بين المرسل والمستقبل .
اضغط على الصورة للتكبير
وأما هذه الصورة فتظهر لنا ترددان صوتى وآخر تردد عالى لموجة حاملة
والفارق كما قلنا هو أن الموجة الحاملة ترددها عالى ولذلك فهى تستطيع الإنطلاق لبعيد
والآن نجعل الموجة الحاملة تدخل على قاعدة الترانزستور كما فى الشكل التالى
والآن عند وضع الموجة الحاملة على قاعدة الترانزستور طبعا سيكون خرج الإشارة على المجمع لنفس الموجة لكن بقوة أعلى لأن الترانزستور هنا يعمل كمكبر بنظام المشع المشترك ، لكن وضعت هنا مقاومة متغيرة على المشع فترى ماذا سيحدث لو قمنا بتغيير قيمة هذه المقاومة ؟ ؟
هذه المقاومة هى التى تتحكم فى مقدار مرور التيار للمجمع ولذلك سنجد أن خرج الترانزستور عليه الموجة الحاملة تزداد اتساعا لأعلى أو تنخفض و يقل حجمها على طرف المجمع لكن ترددها ثابت
جميل ، جدا ، استطعنا التحكم فى اتساع الموجة الحاملة يدويا ، والآن نستطيع جعل الموجة الصوتية هى التى تتحكم فى شكل اتساع الموجة الحاملة ! ؟
سندخل الموجة الصوتية مكان المقاومة المتغيرة لتقوم هذه الموجة بتغذية الترانزستور المكبر وهنا ستأخذ الموجة الحاملة نفس شكل الموجة الصوتية تماما كما فى الشكل التالى
رأينا الفرق بين الموجة الصوتية والموجة الحاملة وكيف قمنا بتحميل الموجة الصوتية على الموجة الحاملة ورأينا الشكل النهائى وهذا التركيب للموجة الصوتية بنظام يسمى تعديل الإتساع أى أن الموجة الحاملة حدث لها تغيير فى اتساعها مطابقا لشكل الموجة الصوتية ويرمز لذلك بالرمز AM وأما تعديل التردد فيحدث للموجة الحاملة تغيير بسيط فى ترددها بمقدار يتناسب مع الإشارة الصوتية وتعديل التردد هذا يرمز له ب FM وهذه الدارة البسيطة قمت بتجربتها وهى تعمل على كلا الموجتان فى آن واحد أى بنظام تعديل الإتساع و أيضا تعديل التردد وذلك لأن الموجة الصوتية تدخل على المشع للترانزستور فتعمل على التحكم فى مقدار التيار المار فى الترانزستور وبما أن الترانزستور يعمل كمذبذب فإن التردد سيتغير وفقا للموجة الصوتية وكذلك إتساعها فى نفس الوقت فينتج لدينا التعديل الترددى والإتساعى فيلتقط كلا من راديو إف إم و إيه إم نفس الإرسال فى نفس الوقت وهذا المرسل مداه يصل إلى حوالى 200 متر والمايكروفون المستخدم ديناميكى ويمكننا استخدام سماعة عادية جدا مثل المستخدمة فى راديو الجيب
وهذا تطبيق عملى وهو مرسل لاسلكى مداه حوالى 200 إلى 300 متر يعمل بكفائة عالية على كلا الموجتان وبكلا النظامين تعديل التردد وتعديل الاتساع فى وقت واحد وتستطيع التقاط الإشارة بأى نوع راديو من هذه الأنواع والهوائى يكفى 50 أو 75 سم فقط والمايكروفون من النوع الديناميكى أو استخدم سماعة بدلا منه مثل المستخدمة فى راديو الجيب
الإستقبال
======
أبسط راديو للموجة المتوسطة يحتاج لهوائى خارجى وسماعات رأس عالية الممانعة والغرض هو توضيح
أبسط راديو للموجة المتوسطة يحتاج لهوائى خارجى وسماعات رأس عالية الممانعة والغرض هو توضيح
الفكرة الأساسية لعملية الإستقبال وهى :-
============================1- جزء الهوائى الخارجى
2- جزء اختيار المحطات .. .. .. أى اختيار التردد الخاص بالموجة الحاملة المطلوب استقبالها .. .. .. أى جزء التوليف
3- مرحلة الكاشف .. .. أى مرحلة استخلاص الموجة المحمولة ( إشارة الصوت ) من الموجة الحاملة
4- السماعة .. لسماع الموجة الصوتية
============================1- جزء الهوائى الخارجى
2- جزء اختيار المحطات .. .. .. أى اختيار التردد الخاص بالموجة الحاملة المطلوب استقبالها .. .. .. أى جزء التوليف
3- مرحلة الكاشف .. .. أى مرحلة استخلاص الموجة المحمولة ( إشارة الصوت ) من الموجة الحاملة
4- السماعة .. لسماع الموجة الصوتية
وفائدة الدايود هو استخلاص الموجة الصوتية ومنع الموجة الحاملة ويسمى بالثنائى الكاشف وهو يختلف عن الدايود المعتاد ويمكن فكه من راديو قديم وشكله مثل الزينر زجاجى
رأينا أشكال الموجات الحاملة والصوتية وشكل الموجة المركبة وفى دارة الراديو الكريستال السابقة تكون شكل الموجة قبل الثنائى الكاشف ( الدايود ) كشكل الموجة المركبة التى سبق عرضها ، و بدون الثنائى الكاشف تكون الموجة على السماعة رديئة ومشوشة أما بعد الثنائى الكاشف تكون الموجة المركبة فقدت جميع الأجزاء السالبة ( أى كل ما تحت خط الصفر ) هكذا
وهنا يمكننا سماعها بسهولة كأى موجة صوتية لكننا نلاحظ أنها غير ناعمة فهى تحتاج لمرشح ولكن سيأتى لاحقا ، لكننا يمكننا أن نقوم بتجربتها على هذا الوضع ونحاول إلتقاط المحطات بهذا الوضع ،
جارى التكملة ،
